嵌入式技術在城市綠地灌溉中的應用

李翔

摘要：隨著物聯網時代的到來和嵌入式技術的發展，農田綠地自動灌溉控制技術在我國也有應用。針對小型庭院的控制系統硬件成本高，管理不科學，本文所研究的系統，可以減少硬件服務器端成本，硬件安裝簡單，支持無線和有線傳感器，并且可以在PC端通過web訪問、手機端APP進行查看控制。

關鍵詞：單片機;遠程控制;傳感器

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0085-01

城市中處處可見的綠化植被，不僅能凈化空氣，又能改變生態環境。為了更好的維護城市長遠的健康發展，城市綠化水平不斷發展和綠化面積增大應該是必然的，同時，相應的綠化用水量也增加很多。對于水資源缺乏的城市，就需要借助科技手段緩解水資源供水緊張的嚴峻形勢，滿足植物客觀的對水的需求，在使用較小的水資源和經濟成本下，達到水資源被高效利用的一種效果，嵌入式技術的應用就是其一。

1 嵌入式技術在城市灌溉中的優點

按照目前業界和學術界對嵌入式系統的普遍看法，嵌入式系統被定義為以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。城市綠地面積大小不一，人工澆灌費時費力，通過嵌入式技術的應用，可通過手機、電腦遠程觀測土壤墑情，并且控制水的灌溉，不僅方便靈活，并且能夠有效地節約用水。

2 整體框架設計

本系統能夠在線監測土壤溫濕度、大氣環境，結合作物生理特點，精準把握灌溉時機和灌溉量，減少無效灌溉量，節約農業用水。并能起到減輕人的勞動強度、提高設備利用率作用。本系統主要由采集控制主機，有線和無線傳感器、電磁閥、遠程監測與控制系統平臺組成、網絡攝像頭組成[1]。其框架結構如圖1所示。

如圖1所示，采集控制中心負責管理無線有線傳感器的采集和電磁閥的開關，傳感器和電磁閥通過RS485線與采集控制中心相聯。采集控制中心可通過以太網、wife方式把數據遠程傳輸到服務器中，用戶在手機和PC端可進行查看數據參數和控制設備，可以設置采集時間間隔，土壤溫度及水分的數據上下限，并可進行短信預警，并且可以通過網絡攝像頭實時觀察庭院植被情況[2]。

3 硬件系統組成

小型噴灌系統的主要硬件組成部分[3]：（1）采集控制中心。主要是由單片機主板、繼電器組成。本系統采用的單片機是以STM32F407為核心，該單片機是32位微控制器，最高主頻168MHz，閃存容量1MB，其具有高性能、低成本、低功耗等優點。單片機根據采集到的土壤溫度和土壤濕度來對比用戶設置的參數判斷是否灌溉，如果需要灌溉，則通過P1.0端口發出信號，到關耦，關耦打開12V的繼電器，繼電器控制電磁閥，打開開關進行灌溉，否則關閉。（2）LCD觸摸屏。采用4英寸真彩觸摸屏幕，背景亮度高，內置智能操作系統，可手指直接觸摸操作。背光可自行選擇關閉，以降低功耗。（3）有線和無線傳感器。可根據小型庭院現場情況，來選擇無線或有線傳感器，本系統應用中，采用了三個無線土壤濕度和一個無線土壤溫度傳感器，傳感器探針316L不銹鋼;德國Heraeus公司進口A級ST-1-PT1000精密鉑電阻，溫度測量范圍-55℃～150℃。無線傳感器內置無線模塊，實現傳感器數據無線傳輸到采集控制器。采集控制中心采取三個土壤濕度傳感器的平均值來判斷是否灌溉，能讓數據更加精準。（4）電磁閥。采用市面常用的1.2寸全銅電磁閥，繼電器的觸點控制電磁閥電源的接通。網絡攝像頭，可以隨時查看綠地植被情景。

4 軟件系統介紹

采集控制中心。遠程服務器端，采用可視化編程語言設計界面友好的環境監測與管理系統，實現對被監測環境的遠程監測。其工作狀態有自動、手動模式。在自動模式下，用戶可根據需要設置參數的上下限預警數值，自動控制設備的啟動和停止，可短信等方式發出預警通知。軟件平臺可遠程實時監控各傳感器數據。完善的數據管理功能，支持數據庫管理、數據查詢、導出、統計分析、圖表分析等各項數據處理方式。

5 施工情況

由于針對的是小型庭院，面積小，在施工過程中，可不用水泵。同時為保證水壓，盡量從主水管道接水。本系統中，由于植被的多樣性，主要采用噴灌方式。并且鑒于灌溉面積小，所使用噴頭少，支管少，灌溉系統維護起來方便。

6 結語

本系統基于STM32F407單片機，采集土壤濕度、溫度等數據參數后，通過網絡上傳數據，可通過手機和計算機端遠程對植被灌溉進行查看和控制。所采用的硬件比較精簡，并且成本低，方便靈活，適合小型庭院。

參考文獻

[1]黃英來，田仲富，孫曉芳.嵌入式系統原理及應用開發教程[M].清華大學出版社，2017.

[2]林菁，王驥，沈玉利，徐國保.基于嵌入式技術智能灌溉系統設計[J].通信技術，2009，（5）：105-109.

[3]唐富平.現代都市農業節水灌溉發展戰略思考[J].中國農業信息，2016，（7）：33-34.

Application of Embedded Technology in Urban Green Space Irrigation

LI Xiang

（Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing? 102208）

Abstract：With the advent of the Internet of Things era and the development of embedded technology， automatic irrigation control technology of farmland green space has also been applied in China.In view of the high hardware cost and unscientific management of the control system of small courtyard， the system studied in this paper can reduce the cost of hardware server side， simple hardware installation， support wireless and wired sensors， and can be viewed and controlled through web access on PC side and APP on mobile phone side.

Key words：microcontroller; remote control; sensor